Phương pháp bảo toàn nguyên tố trong hóa học vô cơ

Gửi bởi: Phạm Thọ Thái Dương 24 tháng 3 2020 lúc 10:07:22

Phương pháp giải

Các dạng bài thường gặp:

+ Các bài toán liên quan đến oxit kim loại → hiđroxit → oxit: Bảo toàn nguyên tố kim loại

n_{kim loại (oxit)} = n_{kim loại (hiđroxit)}

+ Các bài toán về tính oxi hóa của axit HNO₃ và H₂SO₄: Bảo toàn nguyên tố N, S

n_{N(S) trong axit} = n_{N(S) trong muối} + n_{N(S) trong khí}

+ Bài toàn CO₂; SO₂ tác dụng với dung dịch kiềm: Bảo toàn nguyên tố C, S, kim loại

Khi cho CO₂ hoặc SO₂ vào dung dịch kiềm có thể tạo muối axit, trung hòa hoặc hỗn hợp

n_CO₂(SO₂) = n_C(S) = n_{C(S) trong muối}

+ Khử oxit kim loại: Bảo toàn nguyên tố oxi

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho từ từ 100ml dung dịch HCl 1,5M vào 0,4 lít dụng dịch X gồm Na₂CO₃ và KHCO₃ thu được 1,008 lít CO₂ (đktc) và dung dịch Y. Thêm dụng dịch Ba(OH)₂ dư vào dưng dịch Y thu được 29,55 gam kết tủa. Nồng độ mol/lít của Na₂CO₃ và KHCO₃ trong dung dịch X lần lượt là:

A. 0,1125 và 0,225.

B. 0,0375 và 0,05.

C. 0,2625 và 0,1225.

D. 0,2625 và 0,225.

Giải:

+ Với bài toán tổng hợp như này, thì ta phải viết các phương trình cụ thể cho dễ quan sát:

(1) H⁺ + CO₃^- → HCO₃^-

(2) H⁺ + HCO₃^- → CO₂ +H₂O.

Vì thu được khí CO₂ nên có xảy ra phản ứng (2) ⇒ CO₃^2- đã phản ứng hết với H⁺.

+ Vì khi thêm dung dịch Ba(OH)₂ vào dung dịch Y thu được kết tủa nên trong Y phải có muối HCO₃^-

Như vậy suy ra ngay HCl đã phản ứng hết

Do đó từ (1) và (2) ta suy ra

Loại đáp án A và B.

⇒ dung dịch Y chỉ chứa các ion K⁺, Na⁺, HCO₃^- và Cl^-.

+ Khi thêm dịch Ba(OH)₂ dư vào dung dịch Y thì:

Bảo toàn nguyên tố C, toàn bộ C trong dung dịch Y chuyển hóa hết về trong kết tủa (vì thêm dung dịch Ba(OH)₂ dư vào): n_HCO₃ = n_{kết tủa} = 0,15 mol.

Bảo toàn nguyên tốC ta được:

⇒ Đáp án D

Chú ý: Đây là bài toán thuộc dạng cho từ từ H⁺ vào dung dịch hỗn hợp CO₃^2- và HCO₃- , cần chú ý phân biệt rõ nhỏ từ từ cái nào trước và thứ tự phản ứng ra làm sao, cụ thể hơn các bạn sẽ được tìm hiểu ở chuyên đề khác

Ví dụ 2: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al và m gam hai oxit sắt trong khí trơ, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X và dung dịch NaOH dư, thu được dung dịch Y, chất không tan Z và 0,672 lít khí H₂ (đktc). Sục khí CO₂ dư vào Y, thu được 7,8 gam kết tủa. Cho Z tan hết và dung dịch H₂SO₄, thu được dung dịch chứa 15,6 gam muối sunfat và 2,464 lít khí SO₂ (ở đktc, là sản phẩm khử duy nhất của H₂SO₄). Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là:

A. 5,04.

B. 6,29.

C. 6,48.

D. 6,96

Giải

+ Sục khí CO₂ dư vào Y, thu được 7,8 gam kết tủa, đó chính là Al(OH)₃:

Cho X và NaOH dư, thu được H₂ ⇒ Al dư⇒ oxit sắt là phản ứng hết.

Vậy X gồm Al₂O₃, Al dư và Fe. Chất không tan Z là Fe.

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Al ta được:

n_{Al phản ứng} + n_{Al dư} = n_{Al (Al(OH)₃)}

⇒n_{Al phản ứng} = 0,1 - 0,02 = 0,08 mol ⇒ n_Al₂O₃ = 0,04 mol

Vì oxit sắt phản ứng hết, Al dư nên lượng O có trong oxit sắt đã cùng với Al phản ứng đi hết vào trong Al₂O₃

Do đó tổng số mol Fe là n_Fe = 2a + b = 0,09 mol

Vậy m = m_Fe +m_O =0,09.56 + 0,12.16 = 6,96 gam.

⇒ Đáp án D

Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Fe₃O₄ và FeS₂ trong 63 gam dung dịch HNO₃ thu được 1,568 lít khí NO₂ duy nhất (đktc). Dung dịch thu được tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa rồi đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi thì thu được 9,76 gam chất rắn. Nồng độ phần trăm của dung dịch HNO₃ ban đầu là:

A. 42,6%.

B. 46,6%.

C. 47,2%.

D. 46,2%.

Giải:

+ Bảo toàn nguyên tố Fe: 3a + b = n_Fe = 2.0,061 = 0,122

+ Bảo toàn số mol electron trao đổi: a + 15b = 0,07.1 ( FeS₂→Fe³⁺ + 2S⁺⁶ + 15e)

⇒ a = 0,04; b = 0,002.

+ Tiếp tục sử dụng bảo toàn nguyên tố S:

+ Vì phản ứng xảy ra hoàn toàn và vừa đủ nên sau khi phản ứng với dung dịch NaOH ta chỉ thu được 2 muối là Na₂SO₄ và NaNO₃.

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Na:

⇒ Đáp án D

Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm M₂CO₃, MHCO₃ và MCl với M là kim loại kiềm, nung nóng 20,29 gam hỗn hợp X, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy còn lại 18,74 gam chất rắn. Cũng đem 20,29 gam hỗn hợp X trên tác dụng hết với 500ml dung dịch HC1 1M thì thoát ra 3,36 lít khí (đktc) và thu được dung dịch Y. Cho Y tác dụng với dung dịch AgNO₃ dư thì thu được 74,62 gam kết tủa. Kim loại M là

A. Na.

B. Li.

C. Cs.

D. K.

Giải:

2MHCO₃→M₂CO₃ + CO₂ + H₂O.

⇒M=39 là K ⇒ Đáp án D

Ví dụ 5: Hòa tan hoàn toàn 5,4 gam một oxit sắt vào dung dịch HNO₃ dư thu được 1,456 lít hỗn hợp NO và NO₂ ( đktc - ngoài ra không còn sản phẩm khử nào khác). Sau phản ứng khối lượng dung dịch tăng thêm 2,49 gam so với ban đầu. Công thức của oxit sắt và số mol HNO₃ phản ứng là

A. FeO và 0,74 mol.

B. Fe₃O₄ và 0,29 mol.

C. FeO và 0,29 mol.

D. Fe₃O₄ và 0,75 mol.

Giải: